級(jí)控法地質(zhì)建模在火山巖儲(chǔ)層中的應(yīng)用
——以準(zhǔn)噶爾盆地B8井區(qū)油藏為例

顧開(kāi)放

（中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000）

火山巖是盆地充填序列的重要組成部分，為火山多中心多期噴發(fā)產(chǎn)物，后期經(jīng)歷構(gòu)造擠壓、風(fēng)化改造、壓實(shí)作用影響，造成儲(chǔ)層巖性復(fù)雜、儲(chǔ)集空間類(lèi)型多樣，儲(chǔ)層非均質(zhì)性強(qiáng)，給地質(zhì)甜點(diǎn)預(yù)測(cè)和井位部署增加難度[1]。

地質(zhì)建模作為常規(guī)油藏描述方法在油田運(yùn)用較為成熟，但在油氣勘探開(kāi)發(fā)中一些特殊類(lèi)型的儲(chǔ)層對(duì)地質(zhì)建模提出更為精細(xì)、準(zhǔn)確、實(shí)用的新要求。對(duì)于火山巖儲(chǔ)層，前人通過(guò)井震結(jié)合的方法研究?jī)?chǔ)層發(fā)育特征，地質(zhì)建模中采用體控、震控約束是行之有效的方法[2]。裂縫是影響產(chǎn)能的關(guān)鍵因素，不同級(jí)次裂縫建模是火山巖儲(chǔ)層建模中的重難點(diǎn)[3]。

通過(guò)對(duì)B8井區(qū)未動(dòng)用油藏儲(chǔ)層進(jìn)行地質(zhì)建模，并借用碳酸鹽巖油藏縫洞多尺度多級(jí)建模經(jīng)驗(yàn)[4]，優(yōu)化火山巖油藏建模流程，增加建模節(jié)點(diǎn)，使模型結(jié)果與井點(diǎn)參數(shù)分布一致，提高了儲(chǔ)層參數(shù)模擬的精度，為油藏開(kāi)發(fā)部署提供可靠依據(jù)。另外，級(jí)控建模方法也適用于巖相難以準(zhǔn)確判識(shí)物性分布且約束條件復(fù)雜的強(qiáng)非均質(zhì)性油藏建模中。

1 概況

準(zhǔn)噶爾盆地早石炭世巖漿活動(dòng)造成地殼受熱膨脹，形成褶皺基底并向沉降盆地?cái)D壓，構(gòu)成西北緣弧形構(gòu)造體系[5]。海西末期造山活動(dòng)強(qiáng)烈，低角度逆斷裂構(gòu)成西北緣石炭系疊瓦狀斷裂體系，近南北向逆沖推覆斷裂帶內(nèi)伴生的次級(jí)斷裂極為發(fā)育。同時(shí)，火山爆發(fā)漸停，地層隆起造成沉積間斷，作為盆地山前沖擊扇區(qū)，西北緣石炭系頂部火山巖遭受風(fēng)化剝蝕與水流侵蝕等后期儲(chǔ)層改造作用強(qiáng)烈，形成斷裂帶內(nèi)大面積裂縫性火山巖風(fēng)化殼型儲(chǔ)層，與上覆三疊系巨厚泥巖隔層共同形成西北緣良好的儲(chǔ)蓋組合。

B8井區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克拉瑪依油田六、七、九區(qū)接壤部位，構(gòu)造受克烏斷裂、西白百斷裂、九區(qū)中部斷裂等大斷裂帶影響，總體形態(tài)為西北向東南傾的斷鼻（圖1），目的層石炭系與上覆地層呈不整合接觸。

圖1 B8井區(qū)構(gòu)造位置

2 儲(chǔ)層分布特征

B8井區(qū)油藏位于距石炭系頂界400.0 m以?xún)?nèi)，儲(chǔ)層分布受巖性、風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)和構(gòu)造活動(dòng)共同控制。

2.1 巖性是儲(chǔ)層差異分化的基礎(chǔ)

結(jié)合巖心觀察、薄片鑒定、錄井、成像測(cè)井等資料，研究區(qū)巖石分為三大類(lèi)：火山熔巖類(lèi)（玄武巖、安山巖、角礫熔巖）、火山碎屑巖類(lèi)（凝灰?guī)r、沉凝灰?guī)r、火山角礫巖）和砂礫巖類(lèi)（凝灰質(zhì)砂礫巖、變質(zhì)砂巖、變質(zhì)礫巖）。

根據(jù)研究區(qū)不同巖石類(lèi)型統(tǒng)計(jì)，石炭系頂部400.0 m內(nèi)以火山碎屑巖類(lèi)和砂礫巖類(lèi)為主，少量火山熔巖類(lèi)，整體分布受火山活動(dòng)與山前沖積扇體共同控制，局部有混積和旋回特征，縱向上從下向上呈火山巖減少、砂礫巖增多的規(guī)律分布。

準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)火山巖儲(chǔ)層分布普遍受巖性巖相控制，火山角礫巖、集塊巖由于大礫石堆積壓實(shí)形成殘余粒間孔（石西石炭系），火山熔巖類(lèi)因成巖過(guò)程中氣體膨脹溢出形成氣孔（車(chē)排子石炭系），具有較好的原生孔隙條件，這兩類(lèi)巖石也是區(qū)塊高產(chǎn)的必要條件。此外，不同巖性巖石物理性質(zhì)存在差異，接受儲(chǔ)層改造程度不同，因而不同巖性?xún)?chǔ)層試油效果也存在差異，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，火山熔巖類(lèi)和局部火山碎屑巖類(lèi)相對(duì)易獲高產(chǎn)（表1）。由于B8井區(qū)鉆遇火山熔巖類(lèi)儲(chǔ)層只有10.2%，火山碎巖類(lèi)主要以細(xì)碎屑致密凝灰?guī)r沉積為主，少量角礫巖，沉積體系下的砂礫巖類(lèi)儲(chǔ)層孔隙極易被方解石、綠泥石充填并膠結(jié)。從巖石發(fā)育類(lèi)型來(lái)看，研究區(qū)石炭系頂部400.0 m內(nèi)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育基礎(chǔ)條件較為欠缺。

表1 研究區(qū)不同巖石類(lèi)型占比、試油情況

2.2 風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)主導(dǎo)儲(chǔ)層縱向發(fā)育程度

沿石炭系頂部向下統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)層基質(zhì)孔隙度，結(jié)果表明，越接近石炭系頂部，風(fēng)化淋濾作用越強(qiáng)烈，儲(chǔ)層點(diǎn)越密集，儲(chǔ)層物性越好。結(jié)合文獻(xiàn)[6–8]，研究區(qū)不整合面250 m內(nèi)為風(fēng)化殼淋濾帶控制的儲(chǔ)層的主要發(fā)育區(qū)。

波阻抗反演結(jié)果與井點(diǎn)解釋儲(chǔ)層和出油點(diǎn)吻合度較高，波阻抗越低，孔隙儲(chǔ)層越發(fā)育，且越靠近石炭系頂部，儲(chǔ)層帶發(fā)育越厚，與風(fēng)化殼儲(chǔ)層縱向分布特點(diǎn)吻合（圖2）。

圖2 石炭系儲(chǔ)層波阻抗反演

2.3 構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成儲(chǔ)層多級(jí)斷裂系統(tǒng)

根據(jù)取心和成像測(cè)井識(shí)別井點(diǎn)裂縫特征及控制因素，分析認(rèn)為主要有以下兩個(gè)方面。

（1）構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是裂縫發(fā)育的主控因素。石炭系火山巖構(gòu)造裂縫以近東西向的裂縫最為發(fā)育，其次為近南北向裂縫，兩組裂縫數(shù)量比約為2∶1，可能與海西末期、燕山末期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)。裂縫傾角主要為50°～90°，以中高角度裂縫為主。越靠近大斷裂，裂縫普遍越發(fā)育，K95井位于克烏斷裂帶上，井點(diǎn)裂縫發(fā)育導(dǎo)致取心破碎（圖3）。

（2）巖性是裂縫發(fā)育的次要控制因素。各類(lèi)巖石均能形成構(gòu)造縫，受不同類(lèi)型巖石應(yīng)力敏感性差異影響，裂縫發(fā)育程度不同，其中火山熔巖類(lèi)裂縫最為發(fā)育，成像圖上暗色正弦型曲線密集，多組斜交縫、網(wǎng)狀縫和伴生的微裂縫共同發(fā)育；爆發(fā)相火山角礫巖和凝灰?guī)r次之，斜交縫、不規(guī)則縫發(fā)育；砂礫巖類(lèi)有效縫欠發(fā)育，成像測(cè)井顯示成層性強(qiáng)，見(jiàn)白色高阻正弦曲線，以層間縫和充填斜交縫為主；巖性變化界面周?chē)踩菀滓驊?yīng)力差異產(chǎn)生裂縫。巖心可見(jiàn)方解石、綠泥石（半）充填斜交縫和微裂縫，反映表生淋濾作用下裂縫內(nèi)熱液流動(dòng)活躍（圖3）。

圖3 研究區(qū)石炭系火山巖巖性、裂縫成像測(cè)井與取心特征

裂縫的存在造成地下介質(zhì)的方位各向異性，引起地震反射同相軸的振幅、頻率和相位變化，因此，利用地震資料可有效預(yù)測(cè)斷裂和裂縫分布[9–10]。通過(guò)提取并篩選出對(duì)井點(diǎn)裂縫敏感、響應(yīng)關(guān)系好的地震屬性進(jìn)行裂縫的井間預(yù)測(cè)，嘗試結(jié)果表明沿層提取的螞蟻體屬性和曲率屬性能夠準(zhǔn)確識(shí)別斷裂帶和伴生裂縫，當(dāng)螞蟻體大于–0.4，曲率體大于1.7時(shí)，相應(yīng)裂縫層出現(xiàn)的概率明顯增加，可卡出發(fā)育規(guī)模裂縫的截止值（圖4、圖5）。

圖4 石炭系頂部不整合面螞蟻體屬性與構(gòu)造斷裂

圖5 裂縫出現(xiàn)概率與螞蟻、曲率體關(guān)系

最終，通過(guò)不同尺度的資料（巖心/薄片–成像/常規(guī)測(cè)井–地震）識(shí)別不同尺度的斷裂（微裂縫–裂縫–斷層），并相互驗(yàn)證，量化斷裂特征為裂縫建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 儲(chǔ)層建模

地質(zhì)建模算法的使用因“藏”而異，傳統(tǒng)上分布較均勻的油藏或固礦模型的建立經(jīng)常使用確定性插值算法，但在非均質(zhì)性較強(qiáng)的油藏儲(chǔ)層建模中更偏向于使用隨機(jī)插值算法。為了保證井點(diǎn)數(shù)據(jù)到井間的合理外推，需依據(jù)不同尺度數(shù)據(jù)形成多方面、多角度的立體約束條件，做到確定性更強(qiáng)的“隨機(jī)”模擬。研究區(qū)建模多使用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行約束，在準(zhǔn)確的構(gòu)造框架下，根據(jù)井點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合不同變量、平面及垂向的變化趨勢(shì)、變差函數(shù)，與相關(guān)地震屬性協(xié)同模擬，可以準(zhǔn)確地建立儲(chǔ)層參數(shù)模型，描述儲(chǔ)層非均質(zhì)性。

3.1 構(gòu)造與巖相建模

利用已有數(shù)據(jù)點(diǎn)，以圖1中綠色框線作為模型邊界，囊括克烏斷裂以北的B8油藏和東側(cè)已開(kāi)發(fā)鄰區(qū)，模型縱向上為石炭系頂界下不整合帶250.0 m，縱向網(wǎng)格厚度約1.0 m，平面20.0 m×20.0 m。

根據(jù)井間測(cè)井解釋巖性對(duì)比，結(jié)合地震資料，模型區(qū)識(shí)別出兩個(gè)凝灰?guī)r體和三個(gè)熔巖體。西北部和東北部的兩個(gè)凝灰?guī)r體是早期扎伊爾山火山群遠(yuǎn)火山口的一部分，分別來(lái)自?xún)蓚€(gè)噴發(fā)中心，以致密堆積的火山碎屑巖類(lèi)為主，夾薄層火山熔巖；熔巖體靠近南部逆掩斷裂，是石炭系末期底部火山突破地層薄弱處、裂隙式噴發(fā)的產(chǎn)物，由斷裂帶附近向山前減薄，呈鏟狀覆蓋于中期形成的沖積扇體之上。

研究區(qū)巖石類(lèi)型的分布受火山爆發(fā)強(qiáng)度、古地形、后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和成巖改造等多種因素共同控制，混積巖類(lèi)比常規(guī)碎屑巖類(lèi)復(fù)雜，存在火山巖體內(nèi)夾砂礫巖、沖積扇體內(nèi)攜有大量火山碎屑物質(zhì)的現(xiàn)象。

在巖體約束下，選用序貫指示模擬方法進(jìn)行巖相建模，該方法不受正太分布假設(shè)的約束，可用于模擬復(fù)雜的各向異性的地質(zhì)現(xiàn)象。

3.2 儲(chǔ)層參數(shù)建模

在常規(guī)碎屑巖建模過(guò)程中，巖石類(lèi)型簡(jiǎn)單，不同巖石類(lèi)型儲(chǔ)層性質(zhì)具有明顯差異。建立巖相模型（包含不同巖性）后，使用相控約束建模方法即可進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)模擬。由于研究區(qū)石炭系各巖石類(lèi)型存在大量致密性非儲(chǔ)層（參數(shù)值接近零），且儲(chǔ)層物性普遍較差，解釋儲(chǔ)層參數(shù)為右偏正態(tài)分布，采用常規(guī)相控模擬時(shí)儲(chǔ)層參數(shù)受非儲(chǔ)層參數(shù)“拖拽”影響，分布向低值偏移，不能確保模型參數(shù)與未粗化測(cè)井值分布一致，所建參數(shù)模型與實(shí)際不符（圖6a）。為了避免低值“拖拽”效應(yīng)，采用級(jí)控建模方式，即在建立巖相模型后，將巖相內(nèi)儲(chǔ)層與非儲(chǔ)層分開(kāi)，再單獨(dú)對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果較好，模擬參數(shù)與原分布一致（圖6b）。

圖6 測(cè)井解釋儲(chǔ)層與模型基質(zhì)孔隙度分布

以基質(zhì)孔隙度為例，級(jí)控法建模主要步驟為：①井點(diǎn)參數(shù)處理，以測(cè)井解釋孔隙度值計(jì)算“儲(chǔ)層相”離散曲線，小于0.1%為“非儲(chǔ)層”，大于0.1%為“儲(chǔ)層”；②粗化，將解釋孔隙度曲線、“儲(chǔ)層相”離散曲線粗化到縱向1 m的模型網(wǎng)格中；③約束條件處理，將波阻抗反演體采樣到模型中并進(jìn)行質(zhì)控，去除極端值，使其在1.125e7～1.400e7kg·m–2·s–1內(nèi)正態(tài)分布。建立網(wǎng)格到頂面距離的幾何模型“to_C”，將質(zhì)控后的反演波阻抗體與“to_C”相乘得到約束條件屬性體“Control_PayZone”；④相控建立“儲(chǔ)層相”模型，分巖相使用序貫指示模擬方法建立“儲(chǔ)層相”離散屬性體，相關(guān)概率變量選擇“Control_PayZone”；⑤儲(chǔ)層參數(shù)模擬，在“儲(chǔ)層相”模型約束下，使用高斯隨機(jī)模擬方法模擬孔隙度參數(shù)分布，“非儲(chǔ)層相”賦予0。

裂縫建模也按照上述步驟進(jìn)行，井點(diǎn)裂縫參數(shù)由常規(guī)測(cè)井結(jié)合成像測(cè)井資料進(jìn)行綜合解釋?zhuān)刂茥l件由螞蟻體和曲率體組合而成。

通過(guò)層級(jí)控制，在保證巖相對(duì)儲(chǔ)層分布的基本控制下，將其他多種儲(chǔ)層控制條件更容易的融入到“儲(chǔ)層相”建模中。級(jí)控建模結(jié)果在基質(zhì)與裂縫孔隙度參數(shù)建模方面很好的呈現(xiàn)了儲(chǔ)層在熔巖體、風(fēng)化殼中上部和斷裂附近較為發(fā)育的特征，更好地與井點(diǎn)參數(shù)分布相匹配。

3.3 模型應(yīng)用

火山巖油藏開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)表明，儲(chǔ)層物性越好，裂縫與基質(zhì)孔隙配合度越高，儲(chǔ)層含油性越好。在完成儲(chǔ)層參數(shù)建模后，通過(guò)融合基質(zhì)孔隙度模型和裂縫孔隙度模型可以對(duì)儲(chǔ)層品質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)評(píng)價(jià)，快速識(shí)別出裂縫與孔隙都相對(duì)發(fā)育的地質(zhì)甜點(diǎn)，指導(dǎo)后續(xù)鉆井設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)部署。

HW95150井是2019年鄰區(qū)新鉆的一口定向井，該井巖性和物性分布與模型預(yù)測(cè)基本一致（圖7、8），A靶–B靶長(zhǎng)度為735.0 m，井軌跡靠近石炭系頂部不整合面，整體位于B8熔巖體底部，巖性以火山熔巖為主，夾砂礫巖，儲(chǔ)層鉆遇率達(dá)95%，平均日產(chǎn)油10.6 t，生產(chǎn)效果良好。

圖7 研究區(qū)石炭系火山巖三維模型

圖8 J512井–HW95150井基質(zhì)孔隙度剖面

4 結(jié)論

（1）B8井區(qū)火山巖油藏儲(chǔ)層影響因素較多，整體上受巖性、構(gòu)造和風(fēng)化殼結(jié)構(gòu)共同控制，火山熔巖類(lèi)、風(fēng)化殼中上部淋濾帶和斷層附近裂縫發(fā)育帶是優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。

（2）級(jí)控建模方法中，通過(guò)巖體控制巖相模型、波阻抗反演體控制基質(zhì)孔隙度模型、螞蟻體和曲率體控制裂縫孔隙度模型，確保建立比較準(zhǔn)確的地質(zhì)模型。通過(guò)在巖相建模和儲(chǔ)層參數(shù)建模之間加入“儲(chǔ)層相”建模節(jié)點(diǎn)，使模擬結(jié)果與井點(diǎn)參數(shù)分布更加一致，提高了儲(chǔ)層參數(shù)模擬的精度，為油藏開(kāi)發(fā)部署提供了可靠依據(jù)。